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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002965-1

The role of surface charges and negative ions for dielectric barrier discharges

  • This thesis highlights the impact of surface charges and negative ions on the pre-ionization, breakdown mechanism, and lateral structure of dielectric barrier discharges operated in binary mixtures of helium with nitrogen or electronegative oxygen. Sophisticated diagnostic methods, e.g., non-invasive optical emission spectroscopy and the electro-optic Pockels effect as well as invasive laser photodetachment and laser photodesorption, were applied at one plane-parallel discharge configuration to investigate both relevant volume and surface processes. Moreover, the experimental findings were supported by numerical fluid simulations of the discharge. For the first time, the memory effect of the measured surface charge distribution was quantified and its impact on the local self-stabilization of discharge filaments was pointed out. As well, it turned out that a few additional seed electrons, either desorbed from the charged dielectric surface or detached from negative ions in the volume, significantly contribute to the pre-ionization resulting in a reduced voltage necessary for discharge breakdown. Finally, effective secondary electron emission coefficients of different dielectrics were estimated from the measured breakdown voltage using an analytical model.
  • Die vorliegende Dissertation befasst sich mit dem Einfluss von Oberflächenladungen und negative Ionen auf die Vorionisation, den Durchbruchsmechanismus und die laterale Struktur von dielektrisch behinderten Entladungen in binären Gasgemischen aus Helium und Stickstoff oder elektronegativem Sauerstoff. Innovative diagnostische Methoden, wie z. B. nicht-invasive optische Emissionsspektroskopie und der elektro-optische Pockels-Effekt sowie invasive Laser-Photodesorption und Laser-Photodetachment, wurden an einer plan-parallelen Entladungskonfiguration eingesetzt, um relevante Prozesse sowohl im Volumen als auch an der Oberfläche untersuchen zu können. Darüber hinaus wurden die experimentellen Ergebnisse untermauert durch numerische Fluid-Simulationen der Entladung. Erstmalig wurde der Memory-Effekt, der durch die gemessene Oberflächenladungsverteilung verursacht wird, quantifiziert und sein Einfluss auf das räumlich stabile, periodische Wiederzündverhalten von Entladungsfilamenten hervorgehoben. Des Weiteren wurde gezeigt, dass bereits eine geringe Anzahl von zusätzlichen Saatelektronen, entweder erhalten durch die Desorption vom geladenen Dielektrikum oder durch das Detachment von negativen Ionen, signifikant zur Vorionisation beiträgt und somit die Spannung reduziert, die für den Durchbruch benötigt wird. Außerdem wurden effektive Sekundärelektronenemissionskoeffizienten für verschiedene Dielektrika abgeschätzt aus der gemessenen Durchbruchsspannung unter Verwendung eines analytischen Modells.

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Metadaten
Author: Robert Tschiersch
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002965-1
Title Additional (German):Einfluss von Oberflächenladungen und negativen Ionen auf dielektrisch behinderte Entladungen
Advisor:Prof. Dr. Jürgen Meichsner
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2017/12/13
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2017/12/04
Release Date:2017/12/13
Tag:Oberflächenladungen, Sekundärelektronen, Vorionisation, negative Ionen
barrier discharge, negative ions, pre-ionization, secondary electrons, surface charges
GND Keyword:Barrierenentladung, Niedertemperaturplasma, Plasmadiagnostik
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Physik
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 530 Physik